KR20040033259A - 고속 화염 용사기 및 그것을 이용한 용사방법 - Google Patents

고속 화염 용사기 및 그것을 이용한 용사방법 Download PDF

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모리시타도오루
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가부시키가이샤 후지미 인코포레이티드
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Abstract

본 발명의 용사기는 양질의 세라믹 용사 피막을 형성할 수 있다. 상기 용사기에 따르면, 용사기의 연소실 내에서 발생되는 화염은 연소실로부터 이 연소실과 연통되는 방출 포트를 통하여 형성되는 통로 내로 보내지고, 그 다음 이 화염은 방출 포트로부터 용사기의 외부로 방출된다. 용사재는 용사재가 화염에 의해 연화되거나 용융되어 분사될 수 있도록 통로를 통과하는 화염에 공급된다. 보조 연료는 화염의 온도를 상승시키기 위해서 통로를 통과하는 화염에 공급된다.

Description

고속 화염 용사기 및 그것을 이용한 용사방법{High-velocity flame spray gun and spray method using the same}
본 발명은 세라믹 용사(溶射)를 위한 용사기 및 그것을 이용한 용사방법에 관한 것이다.
고속 화염 용사법에 있어서, 연료 및 산소의 연소에 의해 발생되거나, 또는 연료 및 공기의 연소에 의해 발생된 화염은 용사를 위한 열원으로서 사용되고 있다. 고속 화염 용사법에 있어서의 화염 온도는 비교적 낮다. 그러므로, 일본 특개평 10-60617 호 및 일본 특개평 11-222662 호에 개시되어 있는 바와 같이, 고속 화염 용사법에 의해 높은 용융점을 가지는 세라믹을 용사하는 것은 어렵다.
플라즈마 용사법에 있어서, 플라즈마 화염은 용사를 위한 열원으로서 사용되고 있다. 플라즈마 용사법에 있어서의 플라즈마 화염 온도는 비교적 높다. 일본 특개평 5-339699 호에 개시되어 있는 바와 같이, 일반적으로 플라즈마 용사법은 세라믹을 용사하기 위한 방법으로서 이용되고 있다.
그러나, 농후한 용사 피막은 플라즈마 용사법에 의해서 얻어질 수 없다. 이것은 용사 입자의 비행속도가 플라즈마 용사법에 있어서 그다지 높지 않기 때문이다. 따라서, 플라즈마 용사법으로 세라믹을 용사함으로써 얻어지는 용사 피막은 내마모성과 같은 다양한 특성에 있어서 세라믹 소결체에 비하여 열등하다.
그러므로, 본 발명의 목적은 양질의 세라믹 피막을 형성할 수 있는 용사기 및 그것을 이용한 용사방법을 제공하고자 하는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 고속 화염 용사기의 단면도이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 연소실, 용사재 공급부, 통로, 방출 포트, 및 보조 연료 공급부를 포함하는 용사기를 제공한다. 연소실은 화염을 발생시키기 위한 것이다. 이 연소실과 연통하는 용사재 공급부는 용사재가 화염에 의해 연화되거나 용융될 수 있도록 용사재를 화염에 공급하기 위한 것이다. 연소실과 연통하는 방출 포트는 용사기의 외부로 화염을 방출하여 화염에 의해 연화되거나 용융된 용사재를 분사하기 위한 것이다. 통로는 연소실로부터 방출 포트를 통하여 형성되어 있다. 상기 통로 내에 배치되어 있는 보조 연료 공급부는 화염의 온도를 올리기 위해서 통로를 통과하는 화염에 보조 연료를 공급하기 위한 것이다.
또한 본 발명은 용사기를 이용한 용사방법을 제공한다. 이 용사방법은, 용사기 내에 배치된 연소실에서 화염을 발생시키는 단계; 용사재가 화염에 의해 연화되거나 용융되어 분사될 수 있도록 용사재를 통로를 통과하는 화염에 공급하는 단계; 및 화염의 온도를 상승시키기 위해서 통로를 통과하는 화염에 보조 연료를 공급하는 단계를 포함하며, 상기 발생된 화염은 연소실로부터 이 연소실과 연통하는 방출 포트를 통하여 형성된 통로 내로 보내지고, 그 다음에 이 화염은 방출 포트로부터 용사기의 외부로 방출된다.
본 발명의 또 다른 측면 및 장점들은 본 발명의 원리를 예를 들어 설명하는, 첨부된 도면과 관련하여 취해지는 다음 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명의 목적 및 장점들과 함께, 본 발명은 첨부된 도면과 함께 바람직한 실시형태의 다음 설명을 참조하여 가장 잘 이해될 수 있다.
(바람직한 실시형태의 상세한 설명)
이하, 본 발명의 실시형태는 도 1을 참조하여 설명된다.
도 1에 도시된 실시형태에 따른 고속 화염 용사기는 연료와 산소를 태워서 고온 고압의 화염을 발생시키고, 용사재를 이 화염에 의해 연화 또는 용융시켜 이 연화 또는 용융된 용사재가 용사기로부터 분사되도록 한다. 이 용사기는 연료와 산소가 연소되는 연소실(11)을 포함한다. 연소실(11)과 연통되어 있으며 용사기의 후방 끝부(도 1에서 좌측)에서 외부로 개구되는 제1 통로(12)는 연소실(11) 내로 연료와 산소를 도입시킨다. 연소실(11)과 연통되어 있으며 용사기의 전방 끝부(도 1에서 우측)에서 외부로 개구되는 제2 통로(13)는 연소실(11) 내에서 연료와 산소를 연소시켜 발생된 화염을 외부로 방출시킨다. 이 화염은 제2 통로(13)를 통해 유동되어 제2 통로(13)의 전방 끝부(도 1에서 우측 끝)에서 방출 포트(13a)를 통하여 방출된다.
제2 통로(13)의 중간에서, 단차면(14; 段差面)은 방출 포트(13a)를 향하도록 배치된다. 분사 포트(16)는 방출 포트(13a)에서 원통형상 기류(15)를 분사하도록 단차면(14)에 배치된다. 제2 통로(13)를 통하여 방출 포트(13a)로 유동되는 화염은 분사 포트(16)로부터 분사되는 원통형상 기류(15)의 내측을 통과한다.
한 쌍의 용사재 공급부(17)는 단차면(14)과 방출 포트(13a) 사이에서 제2 통로(13)의 도중에 배치된다. 각각의 용사재 공급부(17)는 도시되지 않은 용사재 공급기로부터 연장된 연결 파이프(18)의 하류 끝 포트이다. 용사재 공급부(17)는 원통형상 기류(15)의 내측을 통하여 유동되는 화염에 용사재를 공급한다. 따라서, 용사재 공급부(17)로부터 공급되는 용사재는 원통형상 기류(15) 내에서 화염에 의해 연화 또는 용융되고, 그에 따라 연화 또는 용융된 용사재는 분출된다.
한 쌍의 보조 연료 공급부(19)는 용사재 공급부(17)와 방출 포트(13a) 사이에서 제2 통로(13)의 도중에 배치된다. 보조 연료 공급부(19)는 도시되지 않은 보조 연료 공급기로부터 연장된 연결 파이프(20)의 하류 끝 포트이다. 보조 연료 공급부(19)는 원통형상 기류(15)의 내측을 통하여 유동되는 화염에 보조 연료를 공급한다.
보조 연료로서는 특별한 제한이 없으며, 예를 들어 아세틸렌, 프로판, 프로필렌 등이 사용될 수 있다. 바람직한 보조 연료는 아세틸렌이며 그 이유는 아세틸렌이 발열량이 크기 때문이다. 용사재 공급부(17)와 보조 연료 공급부(19) 사이의 거리는 바람직하게는 25㎜ 이내이다. 보조 연료의 공급속도는 바람직하게는 적어도 10 L/min 이다.
도 1에 도시된 용사기를 사용하여 다음 조건 하에서 용사가 수행되는 경우에, 화염의 온도는 적어도 2500℃ 이고, 방출 포트(13a)를 통과하는 화염의 속도는 적어도 1000m/sec 이다.
산소 유량 : 1900 scfh (893 mL/min)
연료(등유) 유량 : 5.1 gph (0.32 L/min)
연결 파이프(20)의 내경 : 2㎜
보조 연료 유량 : 30 L/min
그에 비하여, 종래의 고속 화염 용사기를 사용하여 다음 조건 하에서 용사가 수행되는 경우에, 화염의 온도는 1600 내지 1800℃의 범위 내에 있고, 이것은 도 1에 도시된 용사기가 사용되는 경우에서의 화염의 온도에 비하여 낮다.
산소 유량 : 1900 scfh (893 mL/min)
등유 유량 : 5.1 gph (0.32 L/min)
PRAXAIR 사의 플라즈마 용사기 "SG-100"을 사용하여 다음 조건 하에서 용사가 수행되는 경우에, 플라즈마 화염의 속도가 500 내지 600 m/sec의 범위 내에 있고, 이것은 도 1에 도시된 용사기가 사용되는 경우에서의 화염의 온도에 비하여 낮다.
아르곤 가스 압력 : 65 psi (45MPa)
헬륨 가스 압력 : 100 psi (69MPa)
다음에, 도 1에 도시된 용사기를 이용하여 세라믹을 용사하기 위한 방법이 설명된다.
용사재 공급부(17)로부터 화염에 공급되는 용사재는 바람직하게는 세라믹 분말이다. 구체적으로는 알루미나, 티타니아, 지르코니아, 크로미아, 마그네시아, 산화코발트, 및 이트리아 분말; 그리고 이들의 복합화합물인 뮬라이트, 코디에라이트, 및 스피넬 분말 등을 사용할 수 있다. 용사재는 상이한 종류의 세라믹 분말의 혼합물일 수 있다.
용사재가 세라믹 분말이라면, 이 세라믹 분말의 50 백분위수 직경 D50%(이하에 정의됨)은 바람직하게는 0.1㎛ 이상이고, 보다 바람직하게는 0.5㎛ 이상이고, 가장 바람직하게는 1㎛ 이상이다. 세라믹 분말의 50 백분위수 직경 D50%은 바람직하게는 25㎛ 이하이고, 보다 바람직하게는 15㎛ 이하이고, 가장 바람직하게는 5㎛ 이하이다. 세라믹 분말의 90 백분위수 직경 D90%(이하에 정의됨)으로부터 세라믹 분말의 10 백분위수 직경 D10%(이하에 정의됨)을 뺀 다음, 그 값을 세라믹 분말의 50 백분위수 직경 D50%에 의해 나눈 값은 바람직하게는 5.0 이하이고, 보다 바람직하게는 2.5 이하이고, 가장 바람직하게는 1.5 이하이다.
50 백분위수 직경 D50%은, 적산(積算)값이 세라믹 분말 내에 함유된 모든 세라믹 입자의 전체 체적의 50%에 도달될 때까지 오름차순으로 세라믹 분말 내에 함유된 각각의 세라믹 입자의 체적을 적산함에 있어서 가장 마지막으로 적산된, 세라믹 분말 내에 함유된 세라믹 입자의 직경이다. 다시 말해서, 세라믹 분말 내에 함유된 모든 입자 중 50%(체적으로)가 더 작은 세라믹 입자의 직경이다.
10 백분위수 직경 D10%은, 적산값이 세라믹 분말 내에 함유된 모든 세라믹 입자의 전체 체적의 10%에 도달될 때까지 오름차순으로 세라믹 분말 내에 함유된 각각의 세라믹 입자의 체적을 적산함에 있어서 가장 마지막으로 적산된, 세라믹 분말 내에 함유된 세라믹 입자의 직경이다. 다시 말해서, 세라믹 분말 내에 함유된 모든 입자 중 10%(체적으로)가 더 작은 세라믹 입자의 직경이다.
90 백분위수 직경 D90%은, 적산값이 세라믹 분말 내에 함유된 모든 세라믹 입자의 전체 체적의 90%에 도달될 때까지 오름차순으로 세라믹 분말 내에 함유된 각각의 세라믹 입자의 체적을 적산함에 있어서 가장 마지막으로 적산된, 세라믹 분말 내에 함유된 세라믹 입자의 직경이다. 다시 말해서, 세라믹 분말 내에 함유된 모든 입자 중 90%(체적으로)가 더 작은 세라믹 입자의 직경이다.
50 백분위수 직경 D50%, 10 백분위수 직경 D10%, 및 90 백분위수 직경 D90%은 레이저 회절법에 의해 측정된 세라믹 분말의 입자크기 측정 데이터로부터 구해진다.
본 발명의 이 실시형태는 다음의 장점을 가진다.
도 1에 도시된 용사기에 따르면, 보조 연료가 화염에 공급되기 때문에. 화염의 온도는 종래의 용사기의 경우보다 높다. 따라서, 도 1에 도시된 용사기는 종래의 용사기에 의해 용사되기 어려웠던 세라믹과 같은, 용융점이 높은 용사재 이더라도 만족스럽게 용사할 수 있다.
도 1에 도시된 용사기를 사용하여 용사함으로써 형성된 세라믹 용사 피막은 종래의 플라즈마 용사기를 사용하여 용사함으로써 형성된 세라믹 용사 피막에 비하여, 세라믹 소결체에 근접한 특성을 가지며, 특히 내마모성이 매우 양호하다. 고속 화염 용사기는 비교적 고속으로 용융 또는 연화된 용사재를 분사하여, 이 용사재를 높은 충돌력으로 기재 상에 퇴적시킨다. 따라서, 고속 화염 용사기를 사용하여 형성된 용사 피막은 밀도가 높다. 이러한 고밀도로 인하여, 내마모성이 향상되는 것으로 생각된다.
도 1에 도시된 용사기에 따르면, 용사재가 방출 포트(13a)를 향하여 원통형상 기류(15)의 내부를 통해 유동되는 화염에 공급된다. 따라서, 용사재는 원통형상 기류(15) 내에서 화염에 의해 연화 또는 용융되고, 그 다음 분사된다. 따라서, 제2 통로(13)의 내주면 상에 연화 또는 용융된 용사재가 부착되거나 퇴적되는 것이 억제된다. 제2 통로(13)의 내주면에 퇴적된 용사재가 떨어져나가 용사 피막 내에 혼합되면, 용사 피막의 질이 저하된다. 용사 피막 내에 이 퇴적 용사재가 혼합되는 현상을 스피팅(spitting)이라고 한다. 스피팅은 일반적으로 화염의 온도가 높아짐에 따라 보다 용이하게 발생되기 때문에, 스피팅은 화염의 온도가 종래의 고속 화염 용사기에 비하여 높은 도 1에 도시된 용사기에서 발생되기 쉽다고 여겨질 수 있다. 그렇지만, 도 1에 도시된 용사기에 있어서, 용사재가 원통형상 기류(15) 내에서 연화 또는 용융되고 그 다음에 이 연화 또는 용융된 용사재가 분사되는 상술된 구조로 인하여 스피팅의 발생은 억제된다.
도 1에 도시된 용사기에 있어서, 보조 연료 공급부(19)는 용사재 공급부(17)와 방출 포트(13a) 사이에서 제2 통로(13)의 도중에 배치된다. 따라서, 용사재 공급부(17)로부터 공급되는 용사재는 보조 연료 공급부(19)로부터 공급되는 보조 연료에 의해 고온으로 되는 화염에 의해 확실하게 연화 또는 용융된다.
용사재 공급부(17)와 보조 연료 공급부(19) 사이의 거리가 25㎜ 이내라면, 용사재는 보조 연료에 의해 고온으로 되는 화염에 의해 효율적으로 연화 또는 용융된다. 역으로, 용사재 공급부(17)와 보조 연료 공급부(19) 사이의 거리가 25㎜를 넘으면, 용사재는 화염에 적절하게 공급될 수 없다. 화염에 적절하게 공급되지 못한 용사재는 충분히 용융 또는 연화되지 않은 상태로 분사된다. 따라서, 용사 피막의 질이 저하된다.
50 백분위수 직경 D50%이 0.1㎛ 이상인 세라믹 분말이 도 1에 도시된 용사기를 사용하여 용사되면, 높은 내마모성을 가지는 고밀도 세라믹 용사 피막이 보다 확실하게 얻어질 수 있다. 세라믹 분말의 50 백분위수 직경 D50%이 0.5㎛ 이상이면, 상기 효과는 향상될 수 있고, 1㎛ 이상이면 더욱 향상된다. 한편, 50 백분위수 직경 D50%이 지나치게 작은 세라믹 분말이 용사되면, 화염에 적절하게 공급되지 못하고, 그에 따라 용사 피막의 형성이 어려워진다.
50 백분위수 직경 D50%이 25㎛ 이하인 세라믹 분말이 도 1에 도시된 용사기를이용하여 용사되면, 높은 내마모성을 가지는 고밀도 세라믹 용사 피막은 보다 확실하게 얻어질 수 있다. 세라믹 분말의 50 백분위수 직경 D50%이 15㎛ 이하이면, 상술된 효과는 향상되고, 5㎛ 이하이면 더욱 향상된다. 한편, 50 백분위수 직경 D50%이 지나치게 큰 세라믹 분말이 용사되면, 용이하게 용융되거나 연화되지 못하고, 그에 따라 용사 피막의 형성이 어려워진다.
90 백분위수 직경 D90%으로부터 세라믹 분말의 10 백분위수 직경 D10%을 뺀 다음, 그 값을 세라믹 분말의 50 백분위수 직경 D50%에 의해 나눈 값이 5.0 이하인 세라믹 분말이 도 1에 도시된 용사기를 사용하여 용사되면, 높은 내마모성을 가지는 고밀도 세라믹 용사 피막이 보다 확실하게 얻어질 수 있다. 세라믹 분말의 값이 2.5 이하이면, 상술된 효과는 향상되고, 1.5 이하이면 더욱 향상된다. 한편, 이 값이 지나치게 큰 세라믹 분말이 용사되면, 화염에 적절하게 공급되지 못해 용이하게 용융되거나 연화되지 못하고, 그에 따라 용사 피막의 형성이 어려워진다.
본 발명이 본 발명의 정신이나 범주로부터 벗어남 없이 다른 많은 특정 형태로 변경될 수 있음은 당해분야의 기술자에게 명백하다. 구체적으로, 본 발명은 다음의 형태로 변경될 수 있다.
보조 연료 공급부(19)는, 단차면(14)과 방출 포트(13a) 사이에서 제2 통로(13)의 도중에 배치되는 대신에, 연소실(11)과 단차면(14) 사이에서 제2 통로(13)의 도중에 배치될 수 있다.
보조 연료 공급부(19)는, 용사재 공급부(17)와 방출 포트(13a) 사이에서 제2통로(13)의 도중에 배치되는 대신에, 연소실(11)과 용사재 공급부(17) 사이에서 제2 통로(13)의 도중에 배치될 수 있다. 변경적으로, 보조 연료 공급부(19)는, 용사재 공급부(17)와 방출 포트(13a) 사이에서 제2 통로(13)의 도중에 배치된 것에 더하여, 연소실(11)과 용사재 공급부(17) 사이에서 제2 통로(13)의 도중에 배치될 수 있다.
분사 포트(16)는 생략될 수 있다.
용사재 공급부(17)의 개수는 하나일 수도 있고, 3개 이상일 수도 있다.
보조 연료 공급부(19)의 개수는 하나일 수도 있고, 3개 이상일 수도 있다.
제1 통로(12)를 통하여 연소실로 공급되는 산소는 공기로 대체될 수 있다. 즉, 도 1에 도시된 용사기는 연료와 산소의 연소 대신에 연료와 공기의 연소에 의해 발생되는 고온 고압의 화염에 의해서 용사재를 연화 또는 용융시켜, 이 연화 또는 용융된 용사재를 분사시킬 수 있다.
도 1에 도시된 용사기는 세라믹 분말 이외의 용사재가 용사될 때에도 사용될 수 있다.
다음에, 본 발명은 실시예 및 비교예를 통하여 보다 상세하게 설명된다.
실시예 1 내지 36 및 비교예 1 내지 5 각각에 있어서, 세라믹 분말은 두께 100㎛의 세라믹 용사 피막을 형성하기 위해서 SS400 강판으로 만들어진 기재 상에 용사된다. 실시예 및 비교예에서 사용되는 용사기 및 세라믹 분말의 상세는 표 1 및 2에 나타난 바와 같다.
각각의 실시예에 있어서, 패스(path) 당 용사 피막의 두께가 측정되었다.측정된 두께가 10㎛ 이상인 것을 ◎, 7㎛ 이상 10㎛ 미만인 것을 Ｏ, 5㎛ 이상 7㎛ 미만인 것을 △, 3㎛ 이상 5㎛ 미만인 것을 ▲, 그리고 3㎛ 미만인 것을 ×로 평가하였다. 이 결과는 표 1 및 2의 "퇴적율" 항목에 나타나 있다.
각각의 실시예에 있어서 얻어진 용사 피막의 내마모성을 평가하기 위해서, JIS H 8682-1에 준거하여 용사 피막의 마모시험을 실시하였다. 즉, SUGA 마모 시험기를 사용하여, 용사 피막의 표면을 2㎏의 하중으로 연마지(SiC#240)에 의해 마찰하였다. 그 때의 마모량(체적)이, 유사한 시험이 SS400 강판에 의해 행해졌을 때의 마모량(체적)을 1로 했을 때, 0.4 미만인 것을 ◎, 0.4 이상 0.6 미만인 것을 Ｏ, 0.6 이상 0.8 미만인 것을 △, 0.8 이상 1.0 미만인 것을 ▲, 그리고 1.0 이상인 것을 ×로 평가하였다. 이 결과는 표 1 및 2의 "내마모성" 항목에 나타나 있다.
각각의 실시예에 있어서 얻어진 용사 피막의 밀도를 평가하기 위해서, N-Support 사의 영상해석 처리장치 "NSFJ1-A"를 사용하여 용사 피막 단면의 기공율이 측정되었다. 측정된 기공율이 3% 미만인 것을 ◎, 3% 이상 5% 미만인 것을 Ｏ, 5% 이상 7% 미만인 것을 △, 7% 이상 10% 미만인 것을 ▲, 그리고 10% 이상인 것을 ×로 평가하였다. 이 결과는 표 1 및 2의 "밀도" 항목에 나타나 있다.
표 1 및 2에서 세라믹 분말의 50 백분위수 직경 D50%, 90 백분위수 직경 D90%, 그리고 10 백분위수 직경 D10%의 값은 호리바 사(Horiba Ltd.)의 레이저 회절/산란식 입자직경 분포 측정장치 "LA-300"을 사용하여 측정되었다. "보조 연료 공급부의 위치" 항목에 나타나 있는 수치는 용사재 공급부와 보조 연료 공급부 사이의 거리를 나타낸다. 용사재 공급부 보다 보조 연료 공급부가 제2 통로의 하류측에 위치되는 경우에는 양의 값으로 표시된다. 용사재 공급부 보다 보조 연료 공급부가 제2 통로의 상류측에 위치되는 경우에는 음의 값으로 표시된다. "용사기 타입" 항목에 있어서, "A"는 휘트코 재팬 사(WHITCO JAPAN)의 고속 화염 용사기 "θ-Gun"에 2개의 보조 연료 공급부가 마련된 용사기이고, "B"는 휘트코 재팬 사의 고속 화염 용사기 "θ-Gun" 이고, "C"는 PRAXAIR/TAFA 사의 고속 화염 용사기 "JP-5000" 이고, "D"는 PRAXAIR 사의 플라즈마 용사기 "SG-100" 이다. 이들 용사기는 다음의 조건 하에서 사용된다.
"θ-Gun"에 2개의 보조 연료 공급부가 마련된 용사기
산소 유량 : 1900 scfh (893 mL/min)
등유 유량 : 5.1 gph (0.32 L/min)
보조 연료 공급부의 연결파이프의 내경 : 2㎜
용사 거리 : 150㎜
용사기의 이동 속도 : 750㎜
피치 폭 : 6.0㎜
세라믹 분말 공급량 : 30g/min
"θ-Gun"
산소 유량 : 1900 scfh (893 mL/min)
등유 유량 : 5.1 gph (0.32 L/min)
용사 거리 : 150㎜
용사기의 이동 속도 : 750㎜
피치 폭 : 6.0㎜
세라믹 분말 공급량 : 30g/min
"JP-5000"
산소 유량 : 1900 scfh (893 mL/min)
등유 유량 : 5.1 gph (0.32 L/min)
용사 거리 : 380㎜
노즐 길이 : 4인치(약 100㎜)
용사기의 이동 속도 : 750㎜
피치 폭 : 6.0㎜
세라믹 분말 공급량 : 30g/min
"SG-100"
아르곤 가스 압력 : 65 psi (45 MPa)
헬륨 가스 압력 : 100 psi (69 MPa)
용사 거리 : 100㎜
용사기의 이동 속도 : 750㎜
피치 폭 : 6.0㎜
세라믹 분말 공급량 : 30g/min
표 1 및 2에 나타나 있는 바와 같이, 보조 연료 공급부를 구비하고 있는 고속 화염 용사기를 사용하는 실시예 1 내지 36에서는 용사 피막이 형성되는 것에 비하여, 보조 연료 공급부를 구비하지 않은 고속 화염 용사기를 사용하는 비교예 1, 2, 4 및 5에서는 용사 피막이 거의 형성되지 않았다. 실시예 1 내지 36에서 얻어진 용사 피막은, 플라즈마 용사기를 사용하는 비교예 3 및 6에서 얻어진 용사 피막에 비하여 보다 높은 밀도 및 내마모성을 가진다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 내마모성이 우수한 세라믹 용사 피막의 형성을 가능하게 하는 고속 화염 용사기 및 그것을 이용한 용사방법을 제공할 수 있다.

Claims (14)

  1. 화염을 발생시키기 위한 연소실;
    용사재가 화염에 의해 연화되거나 용융될 수 있도록 용사재를 화염에 공급하기 위하여, 상기 연소실과 연통하는 용사재 공급부;
    용사기의 외부로 화염을 방출하여 화염에 의해 연화되거나 용융된 용사재를 분사하기 위하여, 상기 연소실과 연통하는 방출 포트; 상기 연소실로부터 상기 방출 포트를 통하여 형성되어 있는 통로; 및
    화염의 온도를 올리기 위해서 통로를 통과하는 화염에 보조 연료를 공급하기위하여, 상기 통로 내에 배치되어 있는 보조 연료 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 용사기.
  2. 제 1 항에 있어서, 연소실과 용사재 공급부 사이에서 상기 통로의 도중에 배치되는 분사 포트를 포함하고 있으며,
    여기에서 원통형상 기류가 상기 분사 포트로부터 분사되고, 상기 연소실 내에서 발생되는 화염의 적어도 일부는 상기 방출 포트로부터 원통형상 기류의 내부를 통하여 방출되고, 상기 용사재 공급부로부터 공급되는 용사재는 상기 원통형상 기류 내부에서 화염에 의해 연화되거나 용융되어 분사되는 것을 특징으로 하는 용사기.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 보조 연료 공급부는 상기 용사재 공급부와 상기 방출 포트 사이에서 상기 통로의 도중에 배치되는 것을 특징으로 하는 용사기.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용사재는 세라믹 분말인 것을 특징으로 하는 용사기.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 세라믹 분말의 50 백분위수 직경 D50%은 25㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 용사기.
  6. 제 4 항에 있어서, 세라믹 분말의 90 백분위수 직경 D90%으로부터 세라믹 분말의 10 백분위수 직경 D10%을 뺀 다음, 그 값을 세라믹 분말의 50 백분위수 직경 D50%에 의해 나눈 값은 5.0 이하인 것을 특징으로 하는 용사기.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보조 연료 공급부는 10 L/min 이상의 속도로 보조 연료를 공급하는 것을 특징으로 하는 용사기.
  8. 용사기 내에 배치된 연소실에서 화염을 발생시키는 단계;
    용사재가 화염에 의해 연화되거나 용융되어 분사될 수 있도록 용사재를 통로를 통과하는 화염에 공급하는 단계; 및
    화염의 온도를 상승시키기 위해서 통로를 통과하는 화염에 보조 연료를 공급하는 단계를 포함하며,
    상기 발생된 화염은 연소실로부터 이 연소실과 연통하는 방출 포트를 통하여 형성된 통로 내로 보내지고, 그 다음에 이 화염은 방출 포트로부터 용사기의 외부로 방출되는 것을 특징으로 하는 용사기를 이용한 용사방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 연소실 내에서 발생되는 화염의 적어도 일부는 상기 방출 포트를 통하여 상기 용사기로부터 분사되는 원통형상 기류의 내부를 통하여방출되고, 상기 통로를 통과하는 화염에 공급된 용사재는 상기 원통형상 기류 내부에서 화염에 의해 연화되거나 용융되어 분사되는 것을 특징으로 하는 용사방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 보조 연료는 상기 통로를 통과하는, 용사재가 공급되어 있는 화염에 공급되는 것을 특징으로 하는 용사방법.
  11. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용사재는 세라믹 분말인 것을 특징으로 하는 용사방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 세라믹 분말의 50 백분위수 직경 D50%은 25㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 용사방법.
  13. 제 11 항에 있어서, 세라믹 분말의 90 백분위수 직경 D90%으로부터 세라믹 분말의 10 백분위수 직경 D10%을 뺀 다음, 그 값을 세라믹 분말의 50 백분위수 직경 D50%에 의해 나눈 값은 5.0 이하인 것을 특징으로 하는 용사방법.
  14. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 화염에 공급되는 상기 보조 연료의 공급속도는 10 L/min 이상인 것을 특징으로 하는 용사방법.
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